Продолжительная жизнь космонавтов вдали от Земли невозможна без надёжных и эффективных систем жизнеобеспечения. Среди ведущих российских научных центров, занимающихся этим направлением, видное место занимает Красноярский научный центр СО РАН и его яркие проекты, такие как экспериментальный комплекс БИОС-3. Под руководством талантливых исследователей, в числе которых Владимир Величко, разрабатываются инновационные методы поддержания замкнутого биологического круга. Одним из недавних достижений стало усовершенствование технологии повторного использования растительных остатков, что существенно повышает продуктивность сельскохозяйственных культур и гарантирует их питательную ценность для экипажа при межпланетных экспедициях.
БИОС-3 и «Лунный дворец»: Прорывные эксперименты в биотехнологии
Вопрос автономного обеспечения жизнью людей в длительных космических путешествиях давно волнует учёных по всему миру. В Красноярске коллектив энтузиастов создал первую в России и одну из немногих в мире замкнутых биолого-технических систем. Аналогичные исследования с энтузиазмом проводятся в Китае на базе уникальной платформы «Лунный дворец». В обеих лабораториях основной продовольственной культурой выбрана пшеница — универсальный источник углеводов, белка и других важных питательных веществ.
Однако выращивание пшеницы порождает большое количество соломы — не используемой человеком части биомассы, которая становится ключевым звеном для повторного замыкания минеральных элементов внутри искусственной экосистемы. Выработка эффективного способа возвращения соломенного остатка в цикл минерального питания оказалась нетривиальной задачей из-за высокой концентрации лигнина и ограниченной доступности многочисленных элементов для усвоения корневыми системами.
Окисление соломы: инновационный шаг вперёд
Успехам Красноярского научного центра СО РАН способствовало внедрение метода глубокого окисления соломы перед её добавлением в субстрат. Процесс проводится с помощью электрического тока и водного раствора перекиси водорода, что позволяет разложить органические остатки до простых, растворимых минеральных соединений. Именно эти минеральные элементы, высвобождаемые из соломы, служат оптимальным питательной подпиткой для новых растений.
Эксперименты выявили, что использование не полностью окисленной соломы резко понижает урожайность — вплоть до девятикратного снижения. Причина кроется в образовании промежуточных токсичных соединений, обладающих ингибирующим действием. В то же время полный цикл окисления позволил повысить урожайность в три раза по сравнению с контрольными группами. Такой подход приводит к обогащению субстрата доступным азотом, калием, фосфором и серой — ключевыми элементами для мощного роста сельскохозяйственных культур.
Революционный подход к замкнутому космическому земледелию
Преодоление зависимости от регулярных поставок с Земли — ключевая задача при подготовке человека к освоению Луны и Марса. Классические системы жизнеобеспечения ограничены по времени, вращаясь вокруг процессов очистки воды и образования кислорода, но не всегда обеспечивают сбалансированное восполнение всех минеральных элементов. Благодаря научному творчеству сотрудников Института биофизики Красноярского научного центра, в том числе Владимира Величко, появилась жизнеспособная концепция двуступенчатого использования соломы.
Суть стратегии заключается в следующем: одну часть собранной соломы подвергают полному окислению для высвобождения минеральных веществ, которые затем возвращаются в почвоподобный субстрат, другую часть оставляют для поддержания структуры и биологической активности субстрата. Такое дифференцированное применение растительных остатков обеспечивает долгосрочную сбалансированную подпитку искусственной биосферы.
Энергетические и технологические вызовы
Рассмотренный способ переработки соломы требует немалых затрат перекиси водорода, выработка которой связана с определёнными энергетическими расходами — важный аспект для будущих марсианских баз или орбитальных станций. Кроме того, необходимо избегать разрушения полезной структуры почвоподобной смеси: слишком активное воздействие окислителей может ослабить биологическую устойчивость субстрата. Поэтому следующий этап исследований — тщательная настройка баланса между масштабным извлечением минеральных веществ и сохранением необходимых свойств посадочной среды.
Планы и перспективы космического сельского хозяйства
Владимир Величко, кандидат биологических наук и постоянный участник ключевых космических экспериментов, подчёркивает оптимизм всей команды: стратегическое раздельное использование соломы расширяет горизонты по автономному воспроизводству почвообразующих компонентов и повышает шансы на успех долговременных космических миссий. Следующие шаги исследователей будут направлены на тестирование и оптимизацию данной системы на многократно используемых субстратах — чтобы каждая новая посадка была ещё более урожайной и питательной.
Открытия, сделанные в проектах БИОС-3 и «Лунный дворец», подтверждают мировое лидерство российских учёных и их зарубежных коллег в области устойчивого земледелия будущего. Их разработки открывают двери к самостоятельному будущему человека в очень далёких уголках Вселенной, где каждый шаг, каждый урожай, каждый грамм питательных веществ на счету. Позитивный опыт Красноярского научного центра СО РАН и научной команды под руководством Владимира Величко становится прочной основой для построения процветающего космического будущего.
